Tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho khai thác than lộ thiên tại Quảng Ninh

Tài liệu nghiên cứu Luận án tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ôtô cho các mỏ khai thác than lộ thiên vùng quảng, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Trường học: Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Mỏ
• Đề tài: Tối ưu hóa phối hợp máy xúc và ôtô trong khai thác than lộ thiên tại Quảng Ninh
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Quảng Ninh

Mục lục chi tiết

• Tính cấp thiết của luận án
• Mục tiêu
• Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• Nội dung nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• Điểm mới của luận án
• Luận điểm bảo vệ
• Cấu trúc của luận án
• Các ấn phẩm đã công bố
• 1. CHƯƠNG 1: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH
• 1.1. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH
• 1.1.1. Khái quát về tiềm năng than và định hướng phát triển tại vùng Quảng Ninh
• 1.2. HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG MÁY XÚC TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH
• 1.2.1. Hiện trạng sử dụng máy xúc tại mỏ than Đèo Nai
• 1.2.2. Các thiết bị xúc bốc đang sử dụng tại mỏ than Đèo Nai

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của luận án

Nhu cầu về sản lượng than ngày càng tăng, đặc biệt tại các mỏ than lộ thiên ở Quảng Ninh. Các mỏ này đang phải đối mặt với nhiều thách thức như khai thác xuống sâu, khối lượng đất bóc lớn và thiếu không gian đổ thải. Sự đồng bộ và phối hợp giữa máy xúc và ô tô chưa đạt yêu cầu, dẫn đến hiệu quả làm việc không cao. Việc tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ô tô là cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất. Đề tài nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cho ngành khai thác than tại Quảng Ninh.

II. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ô tô trong khai thác than lộ thiên tại Quảng Ninh. Đối tượng nghiên cứu tập trung vào năng suất đồng bộ giữa máy xúc và ô tô. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các mô hình tối ưu hóa cho ba mỏ lớn tại khu vực Cẩm Phả: Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu. Việc lựa chọn thiết bị cho mỏ sẽ được thực hiện dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và hiệu quả kinh tế.

III. Đánh giá hiện trạng phối hợp giữa máy xúc và ô tô

Hiện trạng phối hợp giữa máy xúc và ô tô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh cho thấy nhiều vấn đề cần cải thiện. Các mỏ như Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu đang sử dụng các thiết bị xúc bốc chủ yếu là máy xúc một gàu và ô tô. Tuy nhiên, hiệu quả làm việc của các thiết bị này chưa cao do sự không đồng bộ trong quy trình khai thác. Việc đánh giá hiện trạng này sẽ giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu hóa.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để đạt được kết quả tối ưu. Phương pháp thống kê được áp dụng để xử lý số liệu thu thập từ các mỏ. Phương pháp tra cứu tài liệu giúp thu thập thông tin từ các nguồn khác nhau. Phương pháp chuyên gia cho phép trao đổi với các nhà khoa học và chuyên gia trong ngành. Phương pháp toán học được sử dụng để xây dựng mối quan hệ giữa các khâu công nghệ xúc bốc và vận tải. Cuối cùng, phương pháp tin học giúp lập trình phần mềm tính toán sự phối hợp giữa máy xúc và ô tô.

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học quan trọng trong việc bổ sung cơ sở lý thuyết về tối ưu hóa sự phối hợp giữa máy xúc và ô tô. Nó cũng có giá trị thực tiễn trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Việc xây dựng phần mềm tính toán sẽ giúp các mỏ lựa chọn thiết bị một cách hợp lý, từ đó nâng cao năng suất và giảm chi phí khai thác. Điều này không chỉ có lợi cho các mỏ mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành than tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG PHỐI HỢP GIỮA MÁY XÚC VÀ ÔTÔ TẠI CÁC MỎ THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 1. HIỆN TRẠNG KHAI THÁC THAN LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 1.1 Khái quát về tiềm năng than và định hướng phát triển tại vùng Quảng Ninh Quảng Ninh là tỉnh ven biển thuộc vùng Đông Bắc Việt Nam, được ví như một “Việt Nam thu nhỏ” vì có cả biển, đảo, đồng bằng, trung du, đồi núi và biên giới. Trong quy hoạch phát triển kinh tế, Quảng Ninh vừa thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc, vừa thuộc vùng duyên hải Bắc Bộ và đây là tỉnh khai thác than chính của Việt Nam. Với sản lượng chiếm 50% tổng sản lượng than khai thác được trong năm 2016 thì các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh (chủ yếu và điển hình tại khu vực Cẩm Phả) vẫn đang và vẫn tiếp tục có vai trò quan trọng trong ngành Than của Việt Nam [13].

Theo quy hoạch phát triển than các vùng Uông Bí, Hòn Gai và Cẩm Phả đến năm 2020, tổng tài nguyên trữ lượng cả ba vùng, khoảng 8,6 tỷ tấn (trong đó vùng Uông Bí trên 5 tỷ tấn; Hạ Long trên 1,2 tỷ tấn; Cẩm Phả trên 2,2 tỷ tấn). Tài nguyên, trữ lượng than huy động vào quy hoạch đến năm 2020 là hơn 1,1 tỷ tấn; đến năm 2015 thực hiện xong các đề án thăm dò phần tài nguyên và trữ lượng than thuộc tầng trên mức -300m. Giai đoạn 2016 - 2020, hoàn thành cơ bản công tác thăm dò đến đáy tầng than [13]. Theo kế hoạch phát triển ngành Than, nhu cầu về sản lượng ngày càng tăng, các mỏ than lộ thiên phải đảm nhiệm sản lượng mỏ chiếm 60% (năm 2010) và sẽ duy trì 45÷50% trong tổng sản lượng của toàn ngành từ sau năm 2020.

Trong khi các mỏ than lộ thiên đang phải tiến hành khai thác với điều kiện ngày càng khó 5 khăn hơn: khai thác xuống sâu dưới mức thoát nước tự chảy, khối lượng đất bóc của các mỏ tăng nhanh, chiều cao nâng tải và cung độ vận tải lớn,. Để đánh giá hiện trạng phối hợp giữa máy xúc và ôtô tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, NCS tiến hành khảo sát chi tiết tại 03 mỏ than lộ thiên lớn, điển hình tại khu vực Cẩm Phả - Quảng Ninh, đó là các mỏ: Đèo Nai, Cao Sơn và Cọc Sáu. Các mỏ này điển hình cho tất cả các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh về điều kiện tự nhiên, kỹ thuật, công nghệ khai thác và thiết bị sử dụng. Vị trí địa lý của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 1.

Mỏ than Đèo Nai Mỏ than Đèo Nai thuộc thị xã Cẩm Phả - Quảng Ninh, nằm trong giới hạn tọa độ (hệ tọa độ VN-2000, kinh tuyến trục 105o, múi chiếu 6o): X = 2327694 ÷ 2324705; Y = 738178  741536 Phía Đông giáp mỏ than Cọc Sáu. Phía Tây giáp công trường +110 mỏ than Thống Nhất. Phía Nam giáp khu vực dân cư các phường Cẩm Đông, Cẩm Tây, Cẩm Sơn - Thành phố Cẩm Phả. Phía Bắc giáp mỏ than Cao Sơn và mỏ than Khe Chàm.

Mỏ than Đèo Nai đang khai thác với diện tích 6,06 km2, trữ lượng khai thác 42,5. Mỏ than Cao Sơn Mỏ than Cao Sơn thuộc địa bàn phường Cao Sơn, và phường Mông Dương - Thành phố Cẩm Phả, cách trung tâm thành phố 4 km về hướng Đông Bắc. Khai trường mỏ Cao Sơn nằm trong khoáng sàng than Khe Chàm với tọa độ (hệ VN2000, kinh tuyến trục 1050 múi chiếu 60): X = 26.250; Z = Từ lộ vỉa  80 m Phía Đông giáp khai trường mỏ than Mông Dương. Phía Tây giáp mỏ Đông Đá Mài.

Phía Nam giáp các mỏ Đèo Nai và Cọc Sáu. Mỏ than Cao Sơn có diện tích khu vực khai thác là 4,87 km2 và trữ lượng khai thác 48,13. Mỏ than Cọc Sáu - Mỏ than Cọc Sáu thuộc địa bàn phường Cẩm Phú - Thành phố Cẩm Phả, cách trung tâm thành phố 6 km về hướng Đông Bắc, có vị trí nằm trong giới hạn tọa độ (hệ VN2000, kinh tuyến trục 1050 múi chiếu 60): X = 254000  27000; Y = 429000  431200 Phía Tây Bắc giáp mỏ than Cao Sơn. Phía Tây giáp mỏ than Đèo Nai.

Phía Đông giáp mỏ than Quảng Lợi (Tổng Công ty Đông Bắc). Phía Nam giáp khu dân cư phường Cẩm Phú; qua khu dân cư khoảng 2 km là Quốc lộ 18A. Mỏ than Cọc Sáu có diện tích khu vực khai thác 5,35 km2, trữ lượng khai thác 51,947. Đặc điểm chung của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh là đều có địa hình dạng đồi núi, bao gồm các đỉnh núi nằm xen lẫn với các thung lũng.

Hiện trạng địa hình trên mặt của các khu mỏ lộ thiên nói trên hầu như đã bị khai thác, đổ thải,… làm thảm thực vật rừng không còn nguyên vẹn, sườn núi khá dốc, dễ bị xói lở trong mùa mưa. Địa hình nguyên thuỷ của khu vực bị biến đổi hoàn toàn. Địa hình các mỏ hiện nay chủ yếu là các moong khai thác, các tầng đất đá đang khai thác và các bãi thải, các mương, rãnh và các công trình xây dựng phục vụ khai thác mỏ. Hiện trạng khai thác tại các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 1.

Dây chuyền công nghệ Dây chuyền công nghệ ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh được thể hiện trong hình 1. Ở sơ đồ này, dây chuyền công nghệ sản xuất chính bao gồm: bóc đất đá và khai thác than. Công nghệ khai thác của mỏ theo quy trình khép kín với các công đoạn khai thác liên hoàn. Dây chuyền bóc đất đá gồm: khoan - nổ mìn - xúc bốc - vận chuyển - đổ thải; dây chuyền khai thác than gồm: xúc bốc - vận chuyển - sàng, tuyển - tiêu thụ.

Sơ đồ công nghệ sản xuất của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh 1. Công nghệ khai thác Các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh đã hoàn thiện và làm chủ được công nghệ đào sâu đáy mỏ dưới mức thoát nước tự chảy. Sự phối hợp giữa máy xúc đào hào chuẩn bị với máy xúc tay gàu mở rộng tầng, giữa đào hào và khấu than theo phân tầng và bóc đất đá toàn tầng ngày càng thuần thục, nhờ thế mà mỏ tăng được tốc độ xuống sâu từ 57 m/năm lên 1015 m/năm, thậm chí đến nay tại các mỏ Cao Sơn, Cọc Sáu, Đèo Nai có thể đạt 2025 m/năm. Trong khâu khoan - nổ mìn, tiến bộ kỹ thuật thể hiện qua việc ứng dụng máy khoan thủy lực; công nghệ nổ mìn vi sai phi điện kết hợp với việc sử dụng nhiều loại thuốc nổ có tính năng phù hợp với điều kiện sản xuất cụ thể của mỏ.

Ngoài hiệu quả kinh tế trực tiếp mang lại, các thành tựu do tiến bộ khoa học trong công nghệ khoan - nổ mìn nói riêng và tiến bộ khoa học, công nghệ nói chung đã làm ảnh hưởng lớn đến việc đầu tư bổ sung, thay thế và sử dụng hệ thống thiết bị xúc bóc, vận tải, thải đá của các mỏ. 8 Để khắc phục khó khăn do úng lụt trong mùa mưa gây ra cho sản xuất, hầu hết các mỏ đều sử dụng công nghệ khai thác đáy mỏ 2 cấp. Việc sử dụng công nghệ khai thác này đã giúp cho các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh chủ động điều hoà được sản lượng than, đất trong các mùa của năm. Hệ thống khai thác (HTKT) khấu theo lớp dốc đứng đã được nghiên cứu và áp dụng thành công ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh.

Với HTKT này cho phép các mỏ có thể chủ động nâng cao góc nghiêng bờ công tác, đẩy lùi một khối lượng đất bóc (khi cần thiết) về giai đoạn sau. Với công nghệ khai thác chọn lọc than bằng máy xúc thủy lực gàu ngược (MXTLGN) như hiện nay cho phép tăng khả năng xúc chọn lọc các vỉa than và đá kẹp trong các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu về công nghệ vận tải đất đá hợp lý cho các mỏ than lộ thiên sâu ở Việt Nam, hiện nay Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV) đã có chủ trương đầu tư thí điểm hệ thống vận tải liên hợp ôtô - băng tải dốc kết hợp với các trạm đập nghiền đá di động. Trong công nghệ này, việc sử dụng thiết bị máy xúc là gần như không thay đổi nhưng số lượng, chủng loại ôtô và các loại hình thiết bị khác trong đồng bộ thiết bị của mỏ cần được tiếp tục nghiên cứu, lựa chọn, đầu tư, bố trí sử dụng hợp lý để đảm bảo hiệu quả sản xuất.

Mặc dù vậy hiện nay và trong tương lai, ở các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh, công nghệ xúc bốc và vận tải bằng máy xúc một gàu và ôtô vẫn tiếp tục là những loại thiết bị chủ lực trong các đồng bộ thiết bị chính của mỏ. Sản lượng khai thác a. Mỏ than Đèo Nai Sản lượng khai thác của mỏ than Đèo Nai đạt bình quân 2,5.106 tấn/năm, tương ứng sản lượng đất bóc hàng năm thay đổi từ 20. Dự kiến tuổi thọ của mỏ là 30 năm với sản lượng theo than 2,5.106 tấn/năm và theo đất đá là 32,5.106 m3/năm và kết thúc khai thác vào năm 2037.

Tổng hợp các yếu tố đất đá, vỉa than của các mỏ than lộ thiên vùng Quảng Ninh n, k, c, , C, Mỏ Loại đá , độ f Độ dốc vỉa, độ KG/cm2 KG/cm2 KG/cm2 KG/dm3 KG/cm2 Cuội 1193 158,5 239 2,57 265 30 Cát kết 1231 157 242 2,50 180 29 Đèo Nai 8,0 ÷ 12,3 10 ÷ 75 Bột 818 142 187,4 2,64 80 29 Sét 50 29 Cuội 1405 74 177,3 2,60 398 31 Cao Sơn Cát kết 1284 90 187 2,67 500 31 7,9 ÷ 14,0 3 ÷ 74 Bột 791 132 177,7 2,55 123 31 Cuội 1100 59 140,1 2,61 113 37 Cát kết 990 59 133 2,59 180 52 Cọc Sáu 4,0 ÷ 11,0 8 ÷ 60 Bột 410 25,2 55,9 2,64 96 38 Sét 150 9,5 20,8 2,50 60 10 Hiện tại, số ngày làm việc trong năm của mỏ than Đèo Nai là 355 ngày. Số ca làm việc trong ngày là 3 ca (xúc bốc đất đá) và 2 ca (khai thác than). Số giờ làm việc trong ca là 8 giờ. Mỏ than Cao Sơn Công suất được phép khai thác của mỏ than Cao Sơn là 3,5.

Mỏ Cao Sơn áp dụng chế độ làm việc trong năm là 293 ngày. Số ca làm việc trong ngày: 3 ca (xúc bốc đất đá), 2 ca (khai thác than). Số giờ làm việc trong ca: 8 giờ. Mỏ than Cọc Sáu Trên cơ sở sự phân bổ trữ lượng than còn lại theo tầng, tốc độ xuống sâu tại khu Thắng Lợi theo dự tính là 15 m/năm thì sản lượng của mỏ Cọc Sáu đạt 2,5.

Tuổi thọ của mỏ là 24 năm (từ 2010 đến 2033).